結構在風荷載作用的研究現(xiàn)狀淺談

1、<p>　　結構在風荷載作用的研究現(xiàn)狀淺談</p><p>　　摘要：為了滿足建筑的經(jīng)濟性、安全性以及舒適性的要求，本文主要介紹了風荷載的定義記憶結構在風荷載作用下的研究現(xiàn)狀，為設計者提供一定的參考價值。 </p><p>　　關鍵詞：風荷載；結構；研究現(xiàn)狀 </p><p>　　中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A 文章編號： </p>

2、<p><b>　　1、引言 </b></p><p>　　風災是自然災害中影響較大的一種，它每年都給人類生命和財產(chǎn)帶來巨大的損失。據(jù)估計，全球每年由于風引起的損失高達100億美元。在結構設計特別是在高聳結構、大跨度橋梁、屋蓋結構中，風荷載是一個極其重要的設計荷載。而對于高聳、高層結構和玻璃幕墻結構來說，風荷載引起的響應在總荷載中占有相當大的比重，甚至起著決定性的作用，合理的抗風設

3、計對保障這些建筑結構的功能有重要的意義。在風力作用下，屋面常受到很大的吸力，如果自重等荷載的作用不足以抵抗吸力的作用，屋面將會被掀起而破壞。風荷載作為屋蓋結構的主要外來荷載，是引起破壞的主要原因。 </p><p>　　2、風荷載的基本概念 </p><p>　　在工程設計中，風力常用風壓來表示。根據(jù)測得的風速可以求出風壓，風速是隨高度、周圍地貌的變化而變化的。在設計中所用的風壓是基本風壓

4、。基本風壓是按規(guī)定的地貌和高度所測風速經(jīng)統(tǒng)計換算確定的。離地面越近，地面對風的摩阻也越大，風速便會減小。我國現(xiàn)行《建筑結構荷載規(guī)范》規(guī)定的基本風壓是以10米高為標準高度。風速與地表的粗糙度有關，粗糙度越大，風能消耗也越大，平均風速便減小，我國將地表粗糙度分為A、B、C三種。風載具有很大的隨機性，因而對最大風速的測試結果各年都不一樣，但在結構設計中必須保證結構的安全性，也就是所用的風荷載必須具有很大的代表性和預防性。 </p>

5、<p>　　我國目前所用的最大風速的重現(xiàn)期對一般結構是30年一遇;對高層建筑是50年一遇;對特別重要的結構是100年一遇。屋蓋結構是房屋中的重要部分，它起著圍護及承重作用。在風力的作用下，屋蓋受到很大的風荷載，如果結構的自承重等荷載不足以抵抗吸力的作用，屋蓋則有可能被掀起而破壞。因此在屋蓋設計中，風荷載是一個比較重要的設計荷載。在實際情況下，風的方向是任意的。對一個具體結構來說，在風荷載的作用下，既有水平分力，又有豎向分力

6、。對大多數(shù)結構，水平風力起主導作用。對屋蓋結構而言，當風力沿水平方向時，其風荷載通常是垂直于屋面的，沿豎向方向的分力很大。因而對屋蓋結構既得考慮水平方向的風荷載，也得考慮垂直方向的風荷載。 </p><p>　　3、結構在風荷載作用下的研究現(xiàn)狀 </p><p>　　3．1我國風荷載規(guī)范的在結構中的應用研究現(xiàn)狀 </p><p>　　中國規(guī)范將風荷載擺到了一個極其重

7、要的位置，在多個規(guī)范中都對風荷載作有規(guī)定中以《建筑結構荷載規(guī)范》為主。我國自建國以來，隨著土木工程學科蓬勃發(fā)展，荷載規(guī)范也在不斷地改進、完善?，F(xiàn)行《建筑結構荷載規(guī)范》是在修訂后于 2006 年 11 月 1 日起實施的。我國自建國以來，隨著土木工程學科蓬勃發(fā)展，荷載規(guī)范也在不斷地改進、完善。經(jīng)過 1987 年和 2001 年兩次大的修改后，我國現(xiàn)行的風荷載規(guī)范整體水平與先進國家的標準和國際接近，研究發(fā)現(xiàn)無論是剛性結構還是柔性結構，中國規(guī)

8、范的計算結果與隨機振動理論的計算結果相差不大。 </p><p>　　風荷載標準值計算公式為：（3.1） </p><p>　　其中， 為風荷載標準值 </p><p>　　為高度z 處的風振系數(shù) </p><p><b>　　為風荷載體型系數(shù) </b></p><p><b>　　為風

9、壓高度變化 </b></p><p><b>　　為基本風壓 </b></p><p>　　但有些地方可能還需要改進或完善，如：一些常見建筑的體型系數(shù)需要細化，局部體型系數(shù)和內(nèi)壓系數(shù)等需要完善；規(guī)范中沒有橫風向風振和大跨屋蓋結構風振的具體規(guī)定；對于超大高寬比的建筑結構，沒有考慮氣動阻尼對順風向設計風荷載和橫風向結構響應的影響；采用的“慣性風荷載法”在計算建

10、筑物的等效靜力風荷載時存在有一定的缺陷；順風向的平均風力偏大而脈動風的峰因子偏小等。此外，對于高度較高的超高層建筑結構，在進行順風向風振計算時應計入二階，甚至更高階振型的影響，這樣才能有較好的精度以滿足結構的承載力設計要求。總之，體型系數(shù)的細化、高層建筑橫風向風振、大跨及懸挑結構的風振、建筑物群體相互影響、居住舒適性及建筑風環(huán)境等是規(guī)范有待今后豐富和完善的內(nèi)容。 </p><p>　　3.2結構在風荷載作用下的可

11、靠度分析研究現(xiàn)狀 </p><p>　　自然界中的風荷載是一隨機性非常強的荷載，因此高層、高聳結構在風荷載作用下的響應也呈現(xiàn)出相應的隨機性。因此為了處理這些不確定因素，我們有必要從可靠度的角度出發(fā)進行結構抗風分析。而由于風荷載又是隨時間變化的動荷載，因此在分析的時候，必須要考慮其對結構的動力效應，也就是要進行結構動力可靠度分析。 </p><p>　　20 世紀 40 年代，美國學者 Ri

12、ce 研究了結構動力響應與某一固定界限的交叉問題，建立了在給定時間內(nèi)交叉次數(shù)和其期望值的數(shù)學表達式，從而為隨機過程的首次超越和極值理論的廣泛、深入研究開辟了途徑。此后眾多學者對首次超越問題進行了大量研究，但對許多有實際意義的工程系統(tǒng)，仍無法得到封閉形式的解析解，只有一些具有不同復雜程度和精度的近似解，如 Gauss 分布法、Rayleigh分布法、Possion 過程法等等。隨著電子計算機的發(fā)展和快速傅立葉變換的出現(xiàn)，帶動了隨機振動分析

13、計算的發(fā)展。1966 年，Crandall 等人將數(shù)值模擬法引入首次超越問題中，為動力可靠度的研究開辟了新途徑。 </p><p>　　與此同時，動力可靠度在各個領域也得到了廣泛的應用。許多學者對各類系統(tǒng)在隨機動荷載作用下的可靠度問題進行了研究，如：建筑結構在風荷載和地震荷載作用下的動力可靠度分析、橋梁結構在列車荷載作用下的可靠度分析、海上平臺在波浪作用下的可靠度問題等等。自上世紀 80 年代以來，我國陸續(xù)有不少

14、學者對高層、高聳結構的抗風動力可靠度問題進行了許多有意義的研究，得到不少有意義的結論。但是可以發(fā)現(xiàn)，這些研究都是針對某一特定結構，對其在風荷載作用下的可靠度進行的分析。由于結構的抗風可靠度將在很大程度上取決于該結構的設計情況，因此其結果也出現(xiàn)了很大的差距，我們無法從中對我國結構抗風設計的可靠度作出大致的評估。而如前文所述，我國規(guī)范采用等效風荷載代替實際風荷載進行結構設計，這給實際的設計工作帶來極大的便利。但是自然界中實際的風荷載是隨時間

15、隨機變化的，而等效風荷載是確定的、不隨時間變化的。因此，上述等效必然是在一定概率意義上的等效。因此，如果能夠對等效風荷載的可靠度進行分析，我們變能夠對我國結構抗風設計的安全度有一個整體上的評估。 </p><p><b>　　4、結論 </b></p><p>　　風荷載對結構作用會產(chǎn)生很大的影響，經(jīng)過半多個世紀的發(fā)展，有關風作用下結構反應的研究取得了巨大的進步，并逐

16、漸形成了一門新興的邊緣學科，本文主要從風荷載定義開始介紹，然后通過我國風荷載規(guī)范的研究現(xiàn)狀和結構在風荷載作用下的可靠度分析兩方面研究結構在風荷載作用下的研究現(xiàn)狀及研究意義。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]： 黃本才。結構抗風分析原理及應用[M]。上海：同濟大學出版社，2001。 </p><p>